微機(jī)原理課程設(shè)計(jì)搶答計(jì)時(shí)器

1、微機(jī)實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告目 錄一課程設(shè)計(jì)目的與要求3二方案論證與原理設(shè)計(jì)3三詳細(xì)設(shè)計(jì)4四方案實(shí)現(xiàn)與測試6五分析與總結(jié)71、基本要求設(shè)計(jì)一個(gè)用于智力競賽的搶答計(jì)時(shí)器,同時(shí)能測試人的反應(yīng)(響應(yīng))時(shí)間。按啟動(dòng)鈕，測試開始,2個(gè)八段碼倒計(jì)時(shí)開始（如從10秒或20秒倒計(jì)時(shí)），一旦看到燈亮，參賽雙方（或三方）分別按不同的搶答按鈕參與搶答。一旦其中一位按下按鈕，相應(yīng)的顯示燈（LED）亮并響“嘟”的一聲，此時(shí)若其它按鈕按下均無效。若一直到計(jì)數(shù)到零，無一人按下按鈕，則搶答結(jié)束（以后再按搶答鈕無效）。立即按測試鈕，8×8點(diǎn)陣顯示反應(yīng)時(shí)間xx.xx秒（8×8點(diǎn)陣用紅色代表秒,綠色代表0.0

2、1秒，交替顯示）。要求：（1）編制1個(gè)隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生子程序，由隨機(jī)數(shù)決定從按啟動(dòng)鈕到對(duì)應(yīng)LED亮的時(shí)間（如在3秒15秒之間內(nèi)任意變動(dòng)），使被測試者對(duì)LED亮的時(shí)間無法預(yù)見，以確保測試結(jié)果的可信；（2）必須在見到LED亮后按測試鈕才有效，即一直按著按鈕或提前按下按鈕無效；（3）反應(yīng)時(shí)間顯示xx.xx秒，準(zhǔn)確到百分之一秒。2、設(shè)計(jì)思路將系統(tǒng)分成3個(gè)大的模塊：倒計(jì)時(shí)模塊，計(jì)時(shí)模塊，顯示模塊。1）倒計(jì)時(shí)模塊：通過一個(gè)子程序段獲得隨機(jī)數(shù)，并用這個(gè)隨機(jī)數(shù)倒計(jì)時(shí)；2）計(jì)時(shí)模塊：倒計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)燈亮，開始計(jì)數(shù)，當(dāng)有人按下鍵并正確時(shí)，鎖存所用時(shí)間；3）顯示模塊：將鎖存的時(shí)間用八段碼顯示出來。一. 課程設(shè)計(jì)目的與要求1、

3、課程設(shè)計(jì)目的 上學(xué)期在學(xué)習(xí)微機(jī)原理的基礎(chǔ)上，我們一直在實(shí)踐微機(jī)實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計(jì)教程這門實(shí)驗(yàn)課程，從指令與匯編語言基礎(chǔ)開始，我們熟悉了調(diào)試工具的使用，匯編語言程序設(shè)計(jì)，I/O與存儲(chǔ)器，簡單輸入輸出，中斷，計(jì)數(shù)/定時(shí)器，以及模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換。平時(shí)的實(shí)驗(yàn)都是對(duì)各個(gè)單元單一功能的驗(yàn)證，并沒有他們之間的聯(lián)系，最后的綜合課程設(shè)計(jì)將讓我們學(xué)以致用，把學(xué)到的各個(gè)章節(jié)的知識(shí)根據(jù)需要聯(lián)系在一起，并實(shí)現(xiàn)一定的功能。同時(shí)也培養(yǎng)我們遇到問題，思考問題，解決問題的能力?；銥檎?，在實(shí)踐中深化對(duì)所學(xué)內(nèi)容的認(rèn)識(shí)。 2、基本要求設(shè)計(jì)一個(gè)用于智力競賽的搶答計(jì)時(shí)器,同時(shí)能測試人的反應(yīng)(響應(yīng))時(shí)間。按啟動(dòng)鈕，測試開始,2個(gè)八段碼倒計(jì)時(shí)開

4、始（如從10秒或20秒倒計(jì)時(shí)），一旦看到燈亮，參賽雙方（或三方）分別按不同的搶答按鈕參與搶答。一旦其中一位按下按鈕，相應(yīng)的顯示燈（LED）亮并響“嘟”的一聲，此時(shí)若其它按鈕按下均無效。若一直到計(jì)數(shù)到零，無一人按下按鈕，則搶答結(jié)束（以后再按搶答鈕無效）。立即按測試鈕，8×8點(diǎn)陣顯示反應(yīng)時(shí)間xx.xx秒（8×8點(diǎn)陣用紅色代表秒,綠色代表0.01秒，交替顯示）。要求：（1）編制1個(gè)隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生子程序，由隨機(jī)數(shù)決定從按啟動(dòng)鈕到對(duì)應(yīng)LED亮的時(shí)間（如在3秒15秒之間內(nèi)任意變動(dòng)），使被測試者對(duì)LED亮的時(shí)間無法預(yù)見，以確保測試結(jié)果的可信；（2）必須在見到LED亮后按測試鈕才有效，即一直按

5、著按鈕或提前按下按鈕無效；（3）反應(yīng)時(shí)間顯示xx.xx秒，準(zhǔn)確到百分之一秒。3、進(jìn)一步設(shè)計(jì)要求修改以上設(shè)計(jì)使進(jìn)一步能測試人對(duì)不同事物的反應(yīng)（響應(yīng)）時(shí)間。如功能為：按啟動(dòng)鈕，測試開始，一旦紅燈亮，立即按紅燈測試鈕，一旦綠燈亮，立即按綠燈測試鈕，但黃燈亮為干擾。8×8點(diǎn)陣顯示反應(yīng)時(shí)間xx.xx秒。若按錯(cuò)鈕,則顯示出錯(cuò)并響“嘟”一聲。要求：（1）編制2個(gè)隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生子程序，1個(gè)決定從按啟動(dòng)鈕到LED 亮的時(shí)間，另一個(gè)決定亮何種顏色燈；（2）同樣要求在見到LED亮?xí)r按測試鈕才有效；（3）在倒計(jì)數(shù)時(shí)附有音樂伴奏。二.方案論證與原理設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)思路將系統(tǒng)分成3個(gè)大的模塊：倒計(jì)時(shí)模塊，計(jì)時(shí)模塊，顯示

6、模塊。1）倒計(jì)時(shí)模塊：通過一個(gè)子程序段獲得隨機(jī)數(shù)，并用這個(gè)隨機(jī)數(shù)倒計(jì)時(shí)；2）計(jì)時(shí)模塊：倒計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)燈亮，開始計(jì)數(shù)，當(dāng)有人按下鍵并正確時(shí)，鎖存所用時(shí)間；3）顯示模塊：將鎖存的時(shí)間用八段碼顯示出來。2、進(jìn)一步設(shè)計(jì)隨機(jī)數(shù)程序我用讀系統(tǒng)時(shí)鐘的方法，得到隨機(jī)數(shù)后一旦測試開始，通過loop倒計(jì)時(shí)，倒計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，燈亮表示可以開始搶答。這里燈亮可以有兩種選擇：紅燈和黃燈，我用隨機(jī)數(shù)末位進(jìn)行選擇，0則紅燈亮，1則綠燈亮。這也變相實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步設(shè)計(jì)要求中兩個(gè)隨機(jī)數(shù)子程序的要求。燈亮以后我用8253的計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，當(dāng)有人按下鍵且正確時(shí)，計(jì)數(shù)停止，得到一個(gè)計(jì)數(shù)值。對(duì)這個(gè)計(jì)數(shù)值進(jìn)行處理以后可以相應(yīng)的通過8*8點(diǎn)陣的行選

7、和紅選黃選使時(shí)間在點(diǎn)陣上交替顯示。由于系統(tǒng)板可以提供的時(shí)鐘是1MHZ或2MHZ，這樣計(jì)數(shù)器計(jì)出的數(shù)值再轉(zhuǎn)化比較繁瑣，我選擇用8253的另一個(gè)計(jì)數(shù)器輸入1MHZ的時(shí)鐘，采用方式3產(chǎn)生100HZ的方波，這樣每個(gè)脈沖0.01秒，計(jì)數(shù)得到的值單位為0.01秒，可以直接用來顯示。三.詳細(xì)設(shè)計(jì)1、硬件連接圖PB0 PA0PB1 PA1PB2 PA2PB3 PA3PB4 PA4PB5 PA5PB6 PA6PB7 PA7紅燈GATE1 2A0H8*8點(diǎn)陣 2A8H綠燈 2B0H8255OUT2CLKCLK1 CLK2GATE1 GATE2 OUT1 OUT2 PB05V （CLK來自系統(tǒng)脈沖1MHZ） CLK

8、1 82532、主程序流程圖與顯示子程序流程圖主持人開始？ 初始化芯片 產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)是隨機(jī)數(shù)末位為0？ 紅燈亮 倒計(jì)時(shí)開始計(jì)時(shí) 可以搶答有人按下？顯示時(shí)間正確？ 是是是 綠燈亮 否 否 否 退出程序 否 否 開始 置初值 得到所要顯示數(shù)字的行碼 輸出行碼 輸出顏色列碼行號(hào)加1 列碼左移一位延時(shí)是否到？是否4次？是否4次？ 退出是 否 圖一.主程序流程圖 圖二.顯示子程序流程圖3、初始定義在程序的數(shù)據(jù)段里定義好8253、8255各需要用到的端口地址，定義點(diǎn)陣的行選和列選地址。4、初始化首先顯示提示信息，等待測試開始。8253：用到計(jì)數(shù)器1、2，計(jì)數(shù)器1的控制字為01110001B，采用方式0，BC

9、D碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器2的控制字為10110111B，采用方式3，二進(jìn)制計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器2初值選擇10000，產(chǎn)生0.01s脈沖，輸出作為計(jì)數(shù)器1的時(shí)鐘信號(hào)。8255：控制字為10000000B，A口B口均做輸出；B口接GATE1，需要開始計(jì)數(shù)時(shí)初值設(shè)為01H。5、倒計(jì)時(shí)通過讀系統(tǒng)時(shí)鐘得到一個(gè)隨機(jī)數(shù)，啟動(dòng)后通過loop倒計(jì)數(shù)，計(jì)完時(shí)燈亮，可以開始搶答。這里倒計(jì)數(shù)時(shí)我并沒有用數(shù)碼管顯示，這樣才更有不可預(yù)見性。6、計(jì)反應(yīng)時(shí)間倒計(jì)時(shí)結(jié)束后燈亮，此時(shí)PB0輸出高電平，使計(jì)數(shù)器1開始工作，當(dāng)有鍵按下且是正確的時(shí)PB0輸出低電平，計(jì)數(shù)器1停止工作。8253計(jì)數(shù)器2產(chǎn)生的0.01s時(shí)鐘使得計(jì)數(shù)器1計(jì)得得時(shí)間是以

10、0.01s為單位，用0減去計(jì)數(shù)停止時(shí)的數(shù)即為從開始計(jì)數(shù)到按鍵之間的時(shí)間。分別獲得這個(gè)時(shí)間各位數(shù)字存入不同的變量，就可以在點(diǎn)陣上交替顯示這些變量來得到反應(yīng)時(shí)間。實(shí)驗(yàn)中數(shù)字顯示形式為xx：xx秒，紅色數(shù)字顯示為秒，黃色顯示為0.01秒，四個(gè)數(shù)字交替顯示就是測試者的反應(yīng)時(shí)間。7、顯示模塊8*8點(diǎn)陣上數(shù)字的現(xiàn)實(shí)原理：字形09與段碼有對(duì)應(yīng)關(guān)系，例如數(shù)字5：8fh,89h,89h,0f9h，將數(shù)字09的段碼依次放在變量numx中，顯示方法：行選地址-2A0H，紅選地址-2A8H，黃選地址-2B0H，要顯示某一個(gè)數(shù)字，對(duì)應(yīng)到位選信號(hào)00h,04h,08h,0ch,10h,14h,18h,1ch,20h,24

11、h中的一個(gè)，映射到段碼變量中就是所要顯示數(shù)字的段碼，依次掃描顯示。顯示模塊的中心思想就是掃描，利用人眼的視覺暫留，看到4列LED燈都亮，顯示相應(yīng)的信息。四. 方案實(shí)現(xiàn)與測試現(xiàn)在提交的程序與驗(yàn)收時(shí)的有所不同，驗(yàn)收時(shí)并沒有實(shí)現(xiàn)全部功能，如反應(yīng)時(shí)間的顯示是通過中斷顯示在屏幕上，算是變相的實(shí)現(xiàn)。此后我又完善了一些功能，如點(diǎn)陣顯示，隨機(jī)亮紅燈或綠燈。基本完成了實(shí)驗(yàn)要求。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：開始時(shí)若按“q”，則退出測試；若按其他鍵，重新顯示提示信息，重新開始；若按“1”，測試開始，等待，當(dāng)有燈亮?xí)r，如為紅燈按“2”，為綠燈按“3”，如果按鍵準(zhǔn)確，點(diǎn)陣顯示時(shí)間，如果按錯(cuò)，屏幕顯示“wrong！”，“Continue?

12、 (Y/N)”。程序編譯無誤后連接實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試時(shí)首先分別單獨(dú)連接點(diǎn)陣，8255，8253進(jìn)行簡單功能的驗(yàn)證，驗(yàn)證無誤保證硬件不會(huì)影響到方案的實(shí)現(xiàn)。對(duì)顯示模塊的調(diào)節(jié)花了比較多的精力，剛開始點(diǎn)陣不顯示，但硬件驗(yàn)證的時(shí)候點(diǎn)陣是沒問題的，所以我先改為屏幕顯示，通過中斷使在運(yùn)行到某一些關(guān)鍵步驟的時(shí)候輸出一定的信息，功能驗(yàn)證無誤后再連接點(diǎn)陣。其次是delay環(huán)節(jié)的時(shí)間，因?yàn)閿?shù)字的顯示是通過掃描完成的，所以delay時(shí)間不能太長也不能太短，通過不斷的調(diào)試終于得到了合適的delay值。五分析與總結(jié)通過這四周的課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了不少也發(fā)現(xiàn)不少問題。很大的一個(gè)問題是我沒有很好的利用TD等調(diào)試工具，造成的后

13、果就是不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題出在哪里，所以效率相對(duì)較低，如果以后還有類似的課題，我一定要好好利用這些工具。另外隔了一個(gè)假期，對(duì)有一些基本知識(shí)和功能有一些陌生了，所以熟悉這些也花了不少時(shí)間，這是以后需要改進(jìn)的地方。我從不斷想方案，否定一個(gè)再試一個(gè)，到完善程序，到不斷調(diào)試出結(jié)果，最后能完成基本功能，我還是比較欣慰的。這和許多實(shí)踐類課程一樣，重在實(shí)踐，當(dāng)你寫完程序覺得邏輯功能都很完美的時(shí)候，只是走出了一小步，當(dāng)調(diào)試時(shí)會(huì)遇到各種各樣意想不到的問題，在不斷改進(jìn)的過程中才能對(duì)理論有更好的把握。對(duì)于這次實(shí)驗(yàn)而言，它將原來有些枯燥的基本實(shí)驗(yàn)實(shí)例化了，而且需要我們根據(jù)要求把它們有機(jī)聯(lián)系在一起，實(shí)際設(shè)計(jì)了利用微機(jī)系統(tǒng)的

14、一些應(yīng)用。同時(shí)我了解到微機(jī)，乃至以后單片機(jī)的一些設(shè)計(jì)和應(yīng)用的方法。雖然我沒能把系統(tǒng)功能非常完美的呈現(xiàn)，但在這個(gè)過程中我從不斷的錯(cuò)誤中吸取很多教訓(xùn)，這些對(duì)以后的學(xué)習(xí)時(shí)間都是很有幫助的。當(dāng)然，如果時(shí)間更加充裕的話，我相信我的設(shè)計(jì)會(huì)做的更加完善。參考書目：1 東南大學(xué)微機(jī)系統(tǒng)與接口課程組，微機(jī)實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計(jì)教程（試用版2.0），2009年2月2 楊素行 等編著，微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理及應(yīng)用（第2版），北京，清華大學(xué)出版社，2004年附匯編代碼PORTEQU0E000H-280HTIM_CTL EQU PORT+283H ;8253控制寄存器TIMER0 EQU PORT+280H ;計(jì)數(shù)器0 1 2TI

15、MER1 EQU PORT+281HTIMER2 EQU PORT+282HCW_TIMER0 EQU 00110000B ;計(jì)數(shù)器0控制字,方式0CW_TIMER1 EQU 01110001B ;計(jì)數(shù)器1控制字,方式0CW_TIMER2 EQU 10110111B ;計(jì)數(shù)器2控制字,方式3 P8255_CTL EQU PORT+28BH ;8255控制寄存器，A口輸出P8255A EQU PORT+288H ;8255 A B C口P8255B EQU PORT+289HP8255C EQU PORT+28AHLED EQU PORT+2A0HLED_R EQU PORT+2A8H;紅選LE

16、D_Y EQU PORT+2B0H;黃選 DATE SEGMENT ;數(shù)據(jù)段MESS1 db ' * XXXXXXXXX*',0dh,0ah,'$'MESS2 dB ' Start -press 1',0DH,0AH db ' red light on -press 2',0dh,0ah db ' green light on -press 3',0dh,0ah db ' stop -ANY KEY',0DH,0AH db ' quit -press q',0dh,0ah,'

17、$' MESS3 DB ' Wrong!',0dh,0ah,'$'MESS4 DB ' Continue? (Y/N)',0DH,0AH,'$'num DB 00h,04h,08h,0ch,10h,14h,18h,1ch,20h,24hnumx db 0Ffh,81h,81h,0ffh,0ffh,00h,00h,00h,0f1h,91h,91h,9fh,0ffh,91h,91h,91h,0ffh,08h,08h,0f8h,8fh,89h,89h,0f9h,8fh,89h,89h,0ffh,0ffh,80h,80h,80h,

18、0ffh,89h,89h,0ffh,0ffh,89h,89h,0f9hNUM1 DB ?num2 DB ?NUM3 DB ?num4 DB ?DATE ENDS;=STAC SEGMENT PARA STACK 'STACK' ;堆棧段STA DW 32 DUP(?)TOP EQU LENGTH STASTAC ENDSCODE SEGMENTASSUME CS:CODE,DS:DATE,SS:STAC,ES:DATESTART: MOV AX,DATEMOV DS,AXMOV ES,AX MOV AH,09HMOV DX,OFFSET MESS1 ;顯示提示信息INT 21H

19、RANDOM PROC PUSH CX PUSH DX PUSH AX STI MOV AH,0 ;讀時(shí)鐘計(jì)數(shù)器值 INT 1AH MOV AX,DX MOV BH,AH MOV BL,AL ;BX作隨機(jī)數(shù) POP AX POP DX POP CX RETRANDOM ENDPSTART1: ; 計(jì)數(shù)器1計(jì)反應(yīng)時(shí)間 MOV DX,TIM_CTLMOV AL,CW_TIMER1OUT DX,AL ;計(jì)反應(yīng)時(shí)間; 計(jì)數(shù)器2產(chǎn)生0.01秒時(shí)鐘MOV DX,TIM_CTLMOV AL,CW_TIMER2OUT DX,ALMOV DX,TIMER2 MOV AX,10000 ;計(jì)數(shù)初值為10000，輸入

20、1MHZ,輸出100HZOUT DX,AL MOV AL,AH OUT DX,AL;8255 A OUT,B OUTMOVDX,P8255_CTLMOVAX,10000000B ;A口輸出，PA03紅燈，PA47綠燈OUTDX,AL MOV AH,09H ;顯示提示信息 MOV DX,OFFSET MESS2 INT 21H mov ah,08h int 21h cmp al,'q' ;按"q"，測試退出 jz quit01 mov ah,08h ;等待鍵盤產(chǎn)生“1” int 21h cmp al,'1' ;按"1"，測試

21、開始 JNZstart1;其他鍵，重新開始 CALL RANDOM and bl,01h cmp bh,0 ;隨機(jī)數(shù)末尾數(shù)等于零則跳至紅燈，否則綠燈 jz redlight ;=greenlight: MOV DX,P8255AMOV AL,00H OUT DX,AL ; 燈暗CALL RANDOM MOV AH,BH ; 倒計(jì)時(shí) MOV AL,BL ;bl隨機(jī)數(shù)MOV CX,AX ;ax->cx LOOP $ MOV DX,TIMER1 MOV AX,00H ;計(jì)數(shù)器1初植OUT DX,ALOUT DX,ALMOVAL,01H;B口初值，PB0接GATE1，使GATE1高M(jìn)OVDX,P

22、8255BOUTDX,AL MOV DX,P8255A MOV AL,0F0H OUT DX,AL ;綠燈亮 jmp greenpressquit01: jmp quit redlight: MOV DX,P8255A MOV AL,00H OUT DX,AL ; 燈暗 CALL RANDOM MOV AH,BH ; 倒計(jì)時(shí) MOV AL,BL ; bx隨機(jī)數(shù) MOV CX,AX LOOP $ ;"$"操作符表示當(dāng)前地址,這條指令不斷執(zhí)行，直到cx=0 MOV DX,TIMER1 MOV AX,00H ;初植 OUT DX,AL OUT DX,AL MOVAL,01H;B口

23、初值，PB0接GATE1 MOVDX,P8255B OUTDX,AL MOV DX,P8255A MOV AL,0FH OUT DX,AL ;紅燈亮 jmp redpress greenpress: mov ah,08h ;等待鍵盤輸入“3” int 21h cmp al,'3' MOVAL,00H ;PB0變低，停止計(jì)數(shù) MOVDX,P8255B OUTDX,AL jnz wrongmsg;不正確顯示錯(cuò)誤信息 jmp lockk;正確則跳至顯示程序 redpress: mov ah,08h ;等待鍵盤輸入“2” int 21h cmp al,'2' MOVAL

24、,00H ;PB0變低，停止計(jì)數(shù) MOVDX,P8255B OUTDX,AL jnz wrongmsg;不正確顯示錯(cuò)誤信息 jmp lockk;正確則跳至顯示程序QUIT00:JMP START1lockk: MOV DX,TIMER1 IN AL,DX XCHG AL,AH INAL,DX XCHGAL,AH ;AX為計(jì)數(shù)后值MOV BX,0 SUB BX,AX;相減得到反應(yīng)時(shí)間 MOVAX,BXAND AX,000FHMOV NUM1,AL;將要輸出的值分別放入num1和num2,num3,num4(低位到高位)MOVAX,BXAND AX,00f0H MOV CL,4SHR AX,CLM

25、OV NUM2,ALMOVAX,BXAND AX,0f00H MOV CL,8SHR AX,CLMOV NUM3,ALMOVAX,BXAND AX,0f000H MOV CL,12SHR AX,CLMOV NUM4,AL LOP0: CALL DISPMOV DL,0FFHMOV AH,06H ;直接控制臺(tái)I/O，al=輸入字符的asc碼，zf=0INT 21HJZ LOP0QUIT: mov ah,09h mov dx,offset mess4 int 21h mov ah,08h int 21h cmp al,'y' jz QUIT00 cmp al,'Y' ;y/Y重新開始 jz QUIT00 MOV AX,4C00H ;否則返回dos INT 21Hwrongmsg: MOV AH,09H ;顯示出錯(cuò)信息 MOV DX,OFFSET MESS3 INT 21H JMP quit;=; 以下為顯示子程序段DISP PROC NEAR MOVBL,NUM4;時(shí)間顯示形式：xx.xx秒CALLDISP_R;紅色代表秒MOVBL,NUM3;黃色代表0.01秒CALLDISP_R;四個(gè)